[논문]압축 수소 충전 공정 해석을 위한 대류 열전달 계수 비교 분석

서효민; 박병흥

doi:10.7842/kigas.2023.27.3.123

압축 수소 충전 공정 해석을 위한 대류 열전달 계수 비교 분석
Comparative Investigation of Convective Heat Transfer Coefficients for Analyzing Compressed Hydrogen Fueling Process 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.27 no.3, 2023년, pp.123 - 133

서효민 (한국교통대학교 화공생물공학과) , 박병흥 (한국교통대학교 화공생물공학과)

초록
AI-Helper

상용 수소연료전지 차량은 기체 수소를 고압으로 압축하여 차량 내 저장 탱크로 저장하는 방식으로 충전이 진행된다. 이러한 압축 과정은 기체의 온도 상승을 유발하며, 저장 탱크의 안전성을 확보하기 위해 온도는 제한된다. 따라서 이러한 온도 상승을 설명하기 위한 열전달 모델이 필요하다. 열전달 모델은 대류 열전달 현상을 포함하며 정확한 대류 열전달 계수 추산이 요구된다. 본 연구에서는 수소 충전 과정에서의 대류 열전달 계수를 물리적 현상을 고려한 다양한 상관관계식을 이용하여 계산하고 비교 분석하였다. 수소 충전 과정은 디스펜서로부터 탱크 입구까지의 충전라인과 차량 내 저장 탱크로 분류하였고, 각각의 내부 및 외부에서의 대류 열전달 계수를 질량 유량, 직경, 온도와 압력 등 공정 변수에 따라 추산하였다. 그 결과, 충전라인 내부의 경우 저장 탱크 내부에서보다 대류 열전달 계수가 약 1000배 크게 나타났고, 충전라인 외부의 경우 저장 탱크 외부에서보다 대류 열전달 계수가 약 3배 크게 나타났다. 마지막으로 각 과정에서의 대류 열전달 계수를 종합 분석한 결과 전체 수소 충전 과정에서 저장 탱크 외부에서의 열전달 계수가 가장 낮아 열전달 현상을 지배하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Commercial hydrogen fuel cell vehicles are charged by compressing gaseous hydrogen to high pressure and storing it in a storage tank in the vehicle. This process causes the temperature of the gas to rise, to ensure the safety to storage tanks, the temperature is limited. Therefore, a heat transfer model is needed to explain this temperature rise. The heat transfer model includes the convective heat transfer phenomenon, and accurate estimation is required. In this study, the convective heat transfer coefficient in the hydrogen fueling process was calculated and compared using various correlation equations considering physical phenomena. The hydrogen fueling process was classified into the fueling line from the dispenser to the tank inlet and the storage tank in the vehicle, and the convective heat transfer coefficients were estimated according to process parameters such as mass flow rate, diameter, temperature and pressure. As a result, in the case of the inside of the filling line, the convective heat transfer coefficient was about 1000 times larger than that of the inside of the storage tank, and in the case of the outside of the filling line, the convective heat transfer coefficient was about 3 times larger than that of the outside of the storage tank. Finally, as a result of a comprehensive analysis of convective heat transfer coefficients in each process, it was found that outside the storage tank was lowest in the entire hydrogen fueling process, thus dominated the heat transfer phenomenon.

주제어

표/그림 (12)

표 Table 1. Coefficients of Eq. (1) for hydrogen viscosity, heat capacity at constant pressure, and thermal conductivity[20]
표 Table 2. Properties of Air at 1 atm[21]
그림 Fig. 1. Schematic diagram of hydrogen fueling line and compressed hydrogen storage tank.
표 Table 3. Conditions for fueling line inside.
표 Table 4. C and n values for Eq.(8)
표 Table 5. Conditions for storage tank.
그림 Fig. 2. Convective heat transfer coefficient with pressure inside a filling line at (a) 60 g/s, (b) 120 g/s.
그림 Fig. 3. Convective heat transfer coefficient with pressure inside a filling line at various diameter.
그림 Fig. 4. Convective heat transfer coefficient for natural convection at outside of a filling line with diameter.
그림 Fig. 5. Gr/Re² with pressure and temperature for different diametr and mass flow rate: (a) 0.293m, 60 g/s, (b) 0.420 m, 60 g/s, (c) 0.513 m, 60 g/s, (d) 0.293 m, 120 g/s (e) 0.420 m, 120 g/s, and (f) 0.513 m, 120 g/s.
그림 Fig. 6. Convective heat transfer coefficients ant tank inside with pressure at various temperature: (a) 0.293m, 60 g/s, (b) 0.420 m, 60 g/s, (c) 0.513 m, 60 g/s, (d) 0.293 m, 120 g/s (e) 0.420 m, 120 g/s, and (f) 0.513 m, 120 g/s.
그림 Fig. 7. Convective heat transfer coefficient with inside diameter(D) of storage tank at various equations.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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